EP0153614B1 - Process and device for determining the positive and negative phase sequence components of current in an unbalanced 3-phase system - Google Patents
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- EP0153614B1 EP0153614B1 EP85101147A EP85101147A EP0153614B1 EP 0153614 B1 EP0153614 B1 EP 0153614B1 EP 85101147 A EP85101147 A EP 85101147A EP 85101147 A EP85101147 A EP 85101147A EP 0153614 B1 EP0153614 B1 EP 0153614B1
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Definitions
- FIG. 1 shows the vector diagram of the currents for an asymmetrical load
- FIG. 2 shows the corresponding positive and negative system with the specified phase sequence for a non-earthed network.
- the phase current -Ir ie - I R ⁇ 120 degrees, must be used to determine U 1 .
- the locus for U 1 is then a semicircle, on the circumference of which the end point of the vector U 1 for the nominal frequency f n , 0.8 - f n and_1.2 ⁇ f n is entered.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Mit- und Gegenkomponentenstromes in einem unsymmetrisch belasteten Netz gemäß dem Oberbegriff der Anspruche 1 und 5.The present invention relates to a method and an arrangement for determining the co-component and counter-component current in an asymmetrically loaded network according to the preamble of claims 1 and 5.
Der Strom, den ein Generator ans Netz liefert, ist in der Regel in allen Phasen gleich groß. Die Phasenverschiebung zwischen den Strömen ist ebenfalls in der Regel gleich groß und beträgt bei Drehstromnetzen 120 Grad. Bei unsymmetrischer Belastung des Netzes, bei Unterbrechung einer Phase oder bei unnormalen Betriebsverhältnissen, wie zum Beispiel ein- oder zweiphasigen Kurzschlüssen, werden die Ströme unsymmetrisch. Es ist bekannt, daß Dreiphasenmaschinen verschiedener Art gegen Schieflast sehr empfindlich sind und durch große Schieflasten zerstört werden können.The current that a generator supplies to the grid is generally the same in all phases. The phase shift between the currents is also usually the same and is 120 degrees in three-phase systems. If the load on the network is unbalanced, if a phase is interrupted or if the operating conditions are abnormal, such as single or two-phase short circuits, the currents become unbalanced. It is known that three-phase machines of various types are very sensitive to unbalanced loads and can be destroyed by large unbalanced loads.
Ein Maß für den Grad der Schieflast ist der sogenannte Gegenkomponentenstrom. Hierbei handelt es sich um ein gedachtes symmetrisches Dreiphasenstromsystem mit umgekehrter Phasenfolge. Durch Addition dieses gegenläufigen er linksläufigen Stromsystems mit einem zweiten ebenfalls gedachten symmetrischen Dreiphasenstromsystem mit normaler Phasenfolge, dem sogenannten Mitkomponentenstrom (rechtsläufiges oder mitläufiges System), dessen Ströme die gleiche oder eine andere Amplitude haben als die des linksläufigen Systems, erhält man das wirkliche, die Schief last darstellende unsymmetrische System. Mit anderen Worten: Das unsymmetrische dreiphasige Stromsystem läßt sich in ein rechtsläufiges und ein linksläufiges symmetrisches Stromsystem zerlegen mit unterschiedlicher, d.h. linksläufiger bzw. rechtsläufiger Phasenfolge. Entsprechend erzeugt das gegenläufige Stromsystem ein gegenläufiges magnetisches Drehfeld (Stator-MMK), dessen Drehzahl im Verhältnis zum Stator gleich groß wie die des mitlaufenden normalen Drehfeld ist, das jedoch in entgegengesetzter Richtung rotiert. Im Läufer induziert dieses sogenannte inverse Drehfeld daher Spannungen von doppelter Netzfrequenz. Diese Spannungen treiben in den Metallteilen des Rotors, wie z. B. der Dämpferwicklung, relativ große Ströme von doppelter Netzfrequenz. Durch die dadurch verursachte Wärmeentwicklung wird der Rotor beschädigt, wenn der Gegenkomponentenstrom groß genug ist und lange genug wirksam ist.The so-called counter-component current is a measure of the degree of unbalanced load. This is an imaginary symmetrical three-phase current system with reverse phase sequence. By adding this counter-clockwise current system with a second symmetrical three-phase current system with a normal phase sequence, the so-called co-component current (clockwise or co-rotating system), the currents of which have the same or a different amplitude than that of the counter-clockwise system, you get the real, the skewed load representing asymmetrical system. In other words: the asymmetrical three-phase current system can be broken down into a clockwise and a left-handed symmetrical current system with different, i.e. left-handed or right-handed phase sequence. Accordingly, the opposing current system generates an opposing magnetic rotating field (stator MMK), the speed of which in relation to the stator is the same as that of the normal rotating field, but which rotates in the opposite direction. This so-called inverse rotating field therefore induces voltages of twice the mains frequency in the rotor. These voltages drive in the metal parts of the rotor, such as. B. the damper winding, relatively large currents of twice the mains frequency. The heat generated by this causes the rotor to be damaged if the counter-component current is large enough and is effective long enough.
Um eine Maschine gegen Schäden infolge Schieflast zu schützen, gibt es einen sogenannten Gegenkomponentenstromschutz, der auf der Messung des Gegenkomponentenstroms beruht. Zur Ermittlung des Gegenkomponentenstroms enthalten die bekannten Gegenkomponentenstromschutzeinrichtungen eine Meßanordnung in Form eines Filters, das aus Widerständen und Induktivitäten oder Kondensatoren aufgebaut ist.In order to protect a machine against damage due to unbalanced load, there is a so-called counter-component current protection, which is based on the measurement of the counter-component current. To determine the counter-component current, the known counter-component current protection devices contain a measuring arrangement in the form of a filter, which is constructed from resistors and inductors or capacitors.
Das Verfahren bei der Zerlegung eines unsymmetrischen Dreiphasenstroms in das symmetrische Gegenkomponentenstromsystem und Mitkomponentenstromsystem ist unterschiedlich in Abhängigkeit davon, ob das Netz geerdet ist oder nicht. Bei nicht geerdetem Netz zerfällt das unsymmetrische Stromsystem (Schieflastsystem) - wie oben erläutert - in ein gegenläufiges Gegensystem und ein mitläufiges Mitsystem. Figur 1 zeigt das Zeigerdiagramm der Ströme für eine unsymmetrische Belastung, während Figur 2 das entsprechende Mitsystem und Gegensystem mit angegebener Phasenfolge bei nicht geerdetem Netz zeigt.The procedure for splitting an unbalanced three-phase current into the symmetrical counter-component current system and co-component current system differs depending on whether the network is grounded or not. If the network is not grounded, the unbalanced current system (unbalanced load system) - as explained above - breaks down into a counter-rotating system and a co-rotating system. FIG. 1 shows the vector diagram of the currents for an asymmetrical load, while FIG. 2 shows the corresponding positive and negative system with the specified phase sequence for a non-earthed network.
Bei geerdetem Netz tritt bei unsymmetrischer Belastung noch ein Nullkomponentenstrom auf, was bedeutet, daß bei der Zerlegung der Schieflastströme zusätzlich ein Nullsystem vorhanden ist, das aus drei hinsichtlich Größe und Phase gleichen Einphasenströmen besteht. Figur 3 zeigt im rechten Teil die drei Stromsysteme, in die ein unsymmetrisches Stromsystem (links in Figur 3) bei geerdetem Netz zerlegt werden kann.In the case of an unbalanced load, a zero component current still occurs in the case of an earthed network, which means that when the unbalanced load currents are broken down, there is also a zero system that consists of three single-phase currents that are identical in size and phase. FIG. 3 shows in the right part the three current systems into which an asymmetrical current system (on the left in FIG. 3) can be broken down when the network is grounded.
Da die Phasenströme des Gegensystems untereinander gleich groß sind, genügt es, einen derselben zu ermitteln. In einem nicht geerdetem Netz kann, wie beschrieben werden soll, der Gegenkomponentenstrom oder eine diesem Strom proportionale Größe mit Hilfe von zwei Phasenströmen des Netzes gemessen werden. In einem geerdeten Netz müssen - wie aus dem folgenden hervorgeht (siehe Figur 8) - sämtliche Phasenströme in einer speziellen Schaltung gemessen werden, um den Gegenkomponentenstrom zu ermitteln.Since the phase currents of the opposite system are equally large, it is sufficient to determine one of them. In a non-earthed network, as will be described, the counter component current or a variable proportional to this current can be measured using two phase currents of the network. In a grounded network - as can be seen from the following (see Figure 8) - all phase currents must be measured in a special circuit to determine the counter component current.
Die Zerlegung der Phasenströme zur Gewinnung eines Maßes für den Gegenkomponentenstrom geschieht gemäß bekannter Technik durch sog. Gegenkomponentenstromfilter. Ein solches Filter ist in der SE-A-3 69 232 (US-A-3 699 441) beschrieben. Eine Variante dieses Filters soll etwas genauer beschrieben werden. Die Schaltung des Filters geht aus Figur 4 hervor. Zu ihr gehört ein Wirkwiderstand Ri, der parallel zu einer Induktivität Li liegt. Diese Parallelschaltung wird von einem Strom durchflossen, der dem Phasenstrom Ir entspricht, wodurch an der Parallelschaltung eine Spannung U1 auftritt. Zu dem Filter gehört ferner eine Reihenschaltung aus einer Induktivität L2 und einem Wirkwiderstand R2, die von einem dem Phasenstrom IR entsprechenden Strom durchflossen wird. Die an der Reihenschaltung auftretende Spannung ist mit U2 bezeichnet. Durch geeignete Bemessung der Schaltungselemente des Filters kann erreicht werden, daß das Ausgangssignal U des Filters Null ist, wenn das Netz symmetrisch belastet ist, also kein Gegenkomponentenstrom vorhanden ist. Wenn dagegen ein Gegenkomponentenstrom vorhanden ist, dann nimmt das Ausgangssignal U einen Wert an, der dem Gegenkomponentenstrom proportional ist.The phase currents are broken down to obtain a measure of the counter-component current in accordance with known technology by means of so-called counter-component current filters. Such a filter is described in SE-A-3 69 232 (US-A-3 699 441). A variant of this filter will be described in more detail. The circuit of the filter is shown in Figure 4. It includes an active resistance Ri, which is parallel to an inductance L i . A current corresponding to the phase current Ir flows through this parallel connection, as a result of which a voltage U 1 occurs at the parallel connection. The filter also includes a series connection of an inductor L 2 and an active resistor R 2 , through which a current corresponding to the phase current I R flows. The voltage occurring at the series connection is designated U 2 . By suitable dimensioning of the circuit elements of the filter it can be achieved that the output signal U of the filter is zero when the network is loaded symmetrically, that is to say there is no counter component current. If, on the other hand, a counter component current is present, then the output signal U takes on a value which is proportional to the counter component current.
Bei symmetrisch belastetem Netz haben alle Phasenströme IR, IS, IT gleiche Größe und sind um 120 Grad gegeneinander phasenverschoben (siehe Figur 5). Macht man den Phasenstrom IR zur Bezugsphase, so ist der Realteil IRR2 der Spannung U2 in Phase mit dem Strom IR und der Imaginärteil IRXL2 ist um 90 Grad gegenüber IR phasenverschoben. Da der Blindwiderstand XL2 frequenzabhängig ist, ist die Ortskurve für IRXI-2 eine Gerade, auf welcher der Wert für IRXL2 für die Nennfrequenz fn, 0,8 - fn und 1,2 fn eingetragen ist.In the case of a symmetrically loaded network, all phase currents I R , I S , I T have the same size and are 120 degrees out of phase with one another (see FIG. 5). If one makes the phase current I R the reference phase, the real part I R R 2 of the voltage U 2 is in phase with the current I R and the imaginary part I R X L2 is 90 degrees out of phase with I R. Since the reactance X L2 is frequency dependent, the locus for I R X I-2 is a straight line on which the value for I R X L2 for the nominal frequency f n , 0.8 - f n and 1.2 f n is entered .
Bei den in Figur 4 eingetragenen Stromrichtungen muß zur Bestimmung von U1 von dem Phasenstrom -Ir, d.h. - IR<120 Grad, ausgegangen werden. Die Ortskurve für U1 ist dann ein Halbkreis, auf dessen Umfang der Endpunkt des Vektors U1 für die Nennfrequenz fn, 0,8 - fn und_1,2 · fn eingetragen ist.In the current directions shown in FIG. 4, the phase current -Ir, ie - I R < 120 degrees, must be used to determine U 1 . The locus for U 1 is then a semicircle, on the circumference of which the end point of the vector U 1 for the nominal frequency f n , 0.8 - f n and_1.2 · f n is entered.
Bei geeigneter Dimensionierung und Trimmung wird U1 = U2, und da U die Spannung zwischen den Endpunkten der Vektoren U1 und U2 ist, wird U = Null.With suitable dimensioning and trimming, U 1 = U 2 , and since U is the voltage between the end points of the vectors U 1 and U 2 , U = zero.
Bei der Untersuchung der Verhältnisse bei unsymmetrischer Belastung kann man von dem Gegenkomponentenstromdiagramm gemäß Figur 2 ausgehen. Macht man, wie in Figur 6, IR. zur Bezugsphase, so wird die Spannung U2 in gleicher Weise gebildet, wie bei dem zuvor beschriebenen symmetrischen Fall. Wegen der umgekehrten Phasenfolge des Gegenkomponentenstroms und der in Figur 4 angegebenen Stromrichtung für IT muß auch hier von -IT-, d.h. von -IR < 240 Grad, ausgegangen werden. Die Ortskurve für U1 ist der in Figur 6 gezeigte Halbkreis. Das Ausgangssignal U des Filters geht aus der Figur hervor, und der Betrag des Vektors (Absolutwert) ist dem Gegenkomponentenstrom proportional und somit ein Maß für diesen Strom.When examining the conditions in the case of asymmetrical loading, the counter-component current diagram according to FIG. 2 can be used. If, as in Figure 6, I R. to the reference phase, the voltage U 2 is formed in the same way as in the symmetrical case described above. Because of the reverse phase sequence of the counter-component current and the current direction for I T shown in FIG. 4, here too -I T -, ie -I R <240 degrees, must be assumed. The locus for U 1 is the semicircle shown in Figure 6. The output signal U of the filter is shown in the figure, and the magnitude of the vector (absolute value) is proportional to the counter component current and thus a measure of this current.
Die Speisung des Gegenkomponentenstromfilters der beschriebenen Art für ein nicht geerdetes Netz zeigt Figur 7. Außer den Stromwandlern SR und ST sind Zwischentransformatoren MR und Ms vorhanden.FIG. 7 shows the supply of the counter-component current filter of the type described for an ungrounded network. In addition to the current transformers S R and S T , intermediate transformers M R and Ms are present.
Bei einem geerdeten System müssen zur Eliminierung eines eventuell auf tretenden Nullkomponentenstromes sämtliche Phasenströme gemessen werden, was durch die Stromwandler SR, Ss und ST geschieht (siehe Figur 8). Ferner sind Zwischentransformatoren M1 und M2 vorhanden.In a grounded system have a possibly all phase currents are measured on passing zero sequence current, which is done by the current transformers S R, Ss and S T (see Figure 8) for the elimination. There are also intermediate transformers M 1 and M 2 .
Gegenkomponentenstromfilter, wie das zuvor beschriebene und die in der SE-A-369 232 beschriebenen haben gewisse Nachteile. Wie aus Figur 5 hervorgeht, liefert das Filter auch bei symmetrisch belastetem Netz ein Ausgangssignal, wenn sich die Frequenz verändert, da dann U1 und U2 nicht mehr gleich groß sind. Auch bei transienten Vorgängen im Netz kann das Filter ein Ausgangssignal liefern, ohne daß ein Gegenkomponentenstrom im Netz vorhanden ist. Ferner können im Netz vorhandene Oberwellen zur Folge haben, daß das Filter ein Ausgangssignal aufgrund verschiedener Frequenzgänge in den drei Phasen liefert. Solche Fehlanzeigen können einen falschen Alarm, eine Blockierung oder eine Auslösung verursachen.Counter-component current filters, such as the one described above and those described in SE-A-369 232, have certain disadvantages. As can be seen from FIG. 5, the filter delivers an output signal even when the network is loaded symmetrically when the frequency changes, since then U 1 and U 2 are no longer the same size. Even in the case of transient processes in the network, the filter can deliver an output signal without a counter component current being present in the network. Furthermore, harmonics present in the network can result in the filter supplying an output signal due to different frequency responses in the three phases. Such false indications can cause a false alarm, a blockage or a trigger.
Aus der Druckschrift "Meßtechnik", Bond 77, Nr. 59, Juli / August, 1969 Seiten 192 bis 195 ist ein Verfahren zur Bestimmung der symmetrischen Stromkomponenten in geerdeten und nicht geerdeten Netzen bekannt, gemäß welchem der Mitkomponentenstrom und der Gegenkomponentenstrom aus gemessenen Wirkleistungs- und Blindleistungswerten errechnet werden. Die Durchführung dieses Verfahrens erfordert relativ aufwendige Wirk- und Blindleistungsmesser, und die Genauigkeit des Verfahrens ist von der Spannungssymmetrie des Drehstromnetzes abhängig.From the publication "Messtechnik", Bond 77, No. 59, July / August, 1969 pages 192 to 195, a method for determining the symmetrical current components in earthed and ungrounded networks is known, according to which the co-component current and the counter-component current from measured active power and reactive power values are calculated. The implementation of this method requires relatively complex active and reactive power meters, and the accuracy of the method depends on the voltage symmetry of the three-phase network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die für einen Gegenkomponentenstromschutz erforderliche Ermittlung des Gegenkomponentenstroms ohne Induktivitäten oder Kondensatoren und ohne Wirk- und Blindleistungsmeßgeräte durchführbar ist.The invention has for its object to develop a method of the type mentioned, in which the determination of the counter-component current required for counter-component current protection can be carried out without inductors or capacitors and without active and reactive power measuring devices.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To achieve this object, a method is proposed according to the preamble of claim 1, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 4 genannt.Advantageous embodiments of the method are mentioned in the
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die für einen Gegenkomponentenstromschutz erforderliche Ermittlung des Gegenkomponentenstrom ohne Induktivitäten oder Kondensatoren und ohne Wirk- und Blindleistungsmeßgeräte durchgeführt wird.The invention is also based on the object of developing an arrangement for carrying out a method of the type mentioned at the beginning, in which the determination of the counter-component current required for counter-component current protection is carried out without inductors or capacitors and without active and reactive power measuring devices.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 genannten Merkmale hat.To solve this problem, an arrangement according to the preamble of claim 5 is proposed, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den Ansprüchen 6 bis 7 genannt.Advantageous embodiments of the arrangement are mentioned in
Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, kann bei unsymmetrisch belastetem Netz der Strom jeder Phase in einen Gegenkomponentenstrom und einen Mitkomponentenstrom und - bei geerdetem Netz - zusätzlich in einen Nullkomponentenstrom zerlegt werden. In einem System nach den Figuren 1 und 2 ist IR1 in die Komponenten iR+ und IR. zerlegt, die einen Winkel e zwischen sich bilden (siehe Figur 9). Der Zusammenhang zwischen IR1, IR+ und IR. kann mit Hilfe des Cosinustheorems beschrieben werden. Für die Phasen S und T kann eine entsprechende Zerlegung durchgeführt werden. Für die so gewonnenen Stromkomponenten gilt |IR+| = |IS+| = |IT+| = 1111 und |IR-| = |IS-| = |IT-| = |I2|, wobei die Phasenverschiebung zwischen den Mit- bzw. Gegenkomponentenströme 120 Grad beträgt. Dabei ist 11 der Betrag der Mitkomponente und 12 der Betrag der Gegenkomponente.As can be seen from the above explanations, the current of each phase can be broken down into a counter-component current and a co-component current and - with an earthed network - additionally into a zero-component current in the case of an asymmetrically loaded network. In a system according to FIGS. 1 and 2, I R1 is in the components i R + and I R. disassembled, which form an angle e between them (see Figure 9). The relationship between I R1 , I R + and I R. can be described using the cosine theorem. A corresponding breakdown can be carried out for phases S and T. For the current components obtained in this way, | I R + | applies = | I S + | = | I T + | = 11 11 and | I R- | = | I S- | = | I T- | = | I 2 |, the phase shift between the co-component and counter-component currents being 120 degrees. 1 1 is the amount of the co-component and 1 2 is the amount of the counter component.
Anhand der weiteren Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden. Die Figuren zeigen
- Figur 1 ein Beispiel für die in einem unsymmetrisch belasteten Netz auftretenden Ströme,
Figur 2 die Zerlegung der Phasenströme gemäß Figur 1 in Gegenkomponentenströme und Mitkomponentenströme bei einem nicht geerdetem Netz,- Figur 3 eine entsprechende Darstellung wie in den Figuren 1 und 2 für ein geerdetes Netz, wobei zusätzlich Nullkomponentenströme auftreten,
- Figur 4 eine Ausführungsform eines Gegenkomponentenstromfilters,
- Figur 5 die Zusammensetzung des Ausgangssignals des Filters bei einem symmetrisch belasteten Netz,
Figur 6 die Zusammensetzung des Ausgangssignals des Filters, welches ein Maß für den Gegenkomponentenstrom im Netz ist, für ein nicht geerdnetes unsymmetrisch belastets Netz,Figur 7 die Stromspeisung des Filters zur Gegenkomponentenstrommessung in einem nicht geerdeten Netz,Figur 8 Stromspeisung des Filters zur Gegenkomponentenstrommessung in einem geerdeten Netz,- Figur 9 die Zerlegung eines Phasenstromes IR1 in den Gegenkomponentenstrom IR. und den Mitkomponentenstrom IR+'
Figur 10 ein Blockschaltbild zur Berechnung des Mit- und Gegenkomponentenstroms,Figur 11 ein Blockschaltbild zur digitalen Berechnung des Mit- und des Gegenkomponentenstroms,Figur 12 die Schaltung der Zwischentransformatoren, durch welche die Meßanordnung unabhängig davon gemacht wird, ob das Netz geerdet ist oder nicht.
- FIG. 1 shows an example of the currents occurring in an asymmetrically loaded network,
- 2 shows the decomposition of the phase currents according to FIG. 1 into counter-component currents and co-component currents in the case of a non-earthed network,
- 3 shows a representation corresponding to that in FIGS. 1 and 2 for a grounded network, zero component currents additionally occurring,
- FIG. 4 shows an embodiment of a counter component current filter,
- FIG. 5 shows the composition of the output signal of the filter in a symmetrically loaded network,
- FIG. 6 shows the composition of the output signal of the filter, which is a measure of the counter-component current in the network, for a non-grounded unbalanced network,
- FIG. 7 shows the current supply of the filter for counter-component current measurement in an ungrounded network,
- FIG. 8 current supply of the filter for counter-component current measurement in an earthed network,
- FIG. 9 shows the decomposition of a phase current I R1 into the counter component current I R. and the co-component current I R + '
- FIG. 10 shows a block diagram for calculating the co-component and counter-component current,
- FIG. 11 shows a block diagram for the digital calculation of the co-current and the counter-component current,
- FIG. 12 shows the circuit of the intermediate transformers, by means of which the measuring arrangement is made regardless of whether the network is grounded or not.
Das Gleichungssystem für sämtliche Phasenströme lautet:
- IS 2 - IR = 2 I1·I2 cos e - 2 I1·I2 cos (θ -120°) (4)
- I S 2 - IR = 2 · I 1 I 2 cos e - 2 I 1 I 2 · cos (θ -120 °) (4)
Gleichung (3) - (1) ergibt:
Durch Addition von Gleichung (6) und Gleichung (7) erhält man:
Durch Einführung von Gleichung (8b) und Gleichung (1) erhält man:
Durch Bildung der Differenz aus den Gleichungen (6) erhält man:
Der Quotient aus den Gleichungen (10) und (8a) ergibt nach gewissen Umrechnungen:
Durch Auflösung der Gleichung (10) nach 11 und Einsetzen in Gleichung (1) erhält man nach entsprechender Umformung:
Durch Einsetzen von tan e gemäß Gleichung (11) erhält man:
Die Auflösung der Gleichung (13) nach sin2 e erfolgt mit Hilfe der Gleichung (11) und ergibt nach Einsetzen in die trigonometrische Beziehung:
Das Einsetzen dieses Wertes in Gleichung (13) ergibt nach Umformung:
Indem man:
Die Auflösung nach 12 ergibt:
Das unter dem Wurzelzeichen in Gleichung (20) zu verwendende Vorzeichen wird von der Phasenfolge des Netzes bestimmt. Man kann zeigen, daß die Gleichung (20) auch zur Berechnung des Mitkomponentenstroms h verwendet kann. Die Zusammenhänge zwischen der Art des Vorzeichens unter der Wurzel, der Phasenfolge, dem Mitkomponentenstrom und dem Gegenkomponenentenstrom sind in folgender Tabelle gezeigt:
Die Rechenoperationen, die zur Berechnung von 11 und/oder 12 bei Kenntnis der Phasenfolge des Netzes erforderlich sind, sind relativ einfach und können auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden. Ein Berechnungsflußschema für eine solche Berechnungsschaltung zeigt Figur 10. Die Schaltung enthält Quadrierglieder 1R, 1S, 1T, 2R, 2S, 2T und 3, Multiplikationsglieder 4, 5 und 6, Summierungsglieder 7, 8, 9 und 10, Glieder 11 und 12 zur Summierung und Absolutwertbidlung sowie Glieder 13 und 14 zur Quadratwurzelbildung von Eingangssignalen. Die Phasenfolgebestimmung erfolgt durch das Glied 15. Die genannten Rechenoperationen können sowohl analog, digital oder gemischt analog-digital durchgeführt werden. Das Berechnungsflußschema nach Figur 10 kann zugleich als Blockschaltbild einer analogen Schaltungsanordnung aufgefaßt werden. Eine Vervollständigung kann durch analoge RMS-Bildung der Eingangssignale erfolgen (RMS bedeutet "root mean square" -Wert = quadratischer Mittelwert, also Effektivwert).The arithmetic operations required to calculate 1 1 and / or 1 2 when the phase sequence of the network is known are relatively simple and can be carried out in many different ways. A calculation flow diagram for such a calculation circuit is shown in FIG. 10. The circuit contains
Figur 11 zeigt eine Ausführungsform in rein digitaler Technik. Die analogen Eingangssignale der Phasenströme IR, 15, IT werden in Analog-Digitalwandler 16R, 16S und 16T in digitale Werte umgewandelt. Die in digitale Werte umgewandelten Phasenströme werden in den RMS-Gliedern 17R, 17S und 17T RMS-behandelt und zur Ausrechnung der Gleichung (20) an einen zweckmäßig gestalteten Prozessor 18 weitergegeben, dem auch Informationen über die vorliegende Phasenfolge über das Glied 15 zugeführt werden.Figure 11 shows an embodiment in purely digital technology. The analog input signals of the phase currents I R , 1 5 , I T are converted into digital values in analog-
Die Erfindung umfaßt verschiedene Ausführungsformen mit kleinerem oder größerem Maß an Integration der Glieder 15 bis 18 gemäß Figur 11.The invention comprises various embodiments with a smaller or greater degree of integration of the
Dasselbe gilt für Hybridenlösungen aus einer Mischung von analoger und digitaler Technik für die verschiedenen Glieder und Funktionen.The same applies to hybrid solutions from a mixture of analog and digital technology for the various links and functions.
Wenn ein ermittelter Mit- oder Gegenkomponentenstrom einen im voraus eingestellten Wert übersteigt, kann man ein Auslösesignal erhalten. Eine Auslösung kann auch einfach entsprechend verschiedener Invertzeitkurven geschehen.If a determined co-component or counter component current exceeds a preset value, a trigger signal can be obtained. Triggering can also simply take place according to different invert time curves.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, müssen der Meßanordnung gemäß der Erfindung immer sämtliche Phasenströme zugeführt werden. Um nicht mit unterschiedlichen Eingangskreisen arbeiten zu müssen, je nachdem, ob das Netz geerdet ist oder nicht, wird in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Schaltung verwendet, die im Prinzip wie die in Figur 8 gezeigte aufgebaut ist, bei der jedoch die Primär- und Sekundärseite vertauscht sind. Diese Schaltung zeigt Figur 12, bei der die drei Phasenströme in ein äquivalentes Dreiphasensystem ohne Nullkomponente umgewandelt werden.As can be seen from the above description, all phase currents must always be supplied to the measuring arrangement according to the invention. In order not to have to work with different input circuits, depending on whether the network is grounded or not, a circuit is used in accordance with the prior art, which is constructed in principle like that shown in Figure 8, but in which the primary and the secondary side are interchanged. This circuit is shown in FIG. 12, in which the three phase currents are converted into an equivalent three-phase system without a zero component.
Claims (7)
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